TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
ბოაზ ალმოგი ზეგამტარს ლევიტირებას აიძულებს
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
როგორ შეუძლია ძალიან თხელ დისკს, 8 სანტიმეტრზე უფრო პატარას აწიოს 70 ათასჯერ უფრო დიდი მასა? ბოაზ ალმოგი აჩვენებს კვანტური საკეტის ფენომენს, თუ როგორ შეუძლია ზეგამტარს იმოძრაოს მაგნიტურ რელსზე ხახუნისა და ენერგიის დანაკარგის გარეშე. გამოსვლა საინტერესოა მისი ფანტასტიურობით და საინტერესო დემონსტრაციით.
Boaz Almog - Quantum Researcher
Boaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation." Full bio
Boaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation." Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:25
The phenomenon you saw here for a brief moment
0
9752
4318
ფენომენი, რომელსაც თქვენ ახლა აკვირდებოდით,
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
არის კვანტური ლევიტაცია და კვანტური საკეტი.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
ობიექტი, რომელიც აქ ლევიტირებდა,
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
არის ზეგამტარი.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
ზეგამტარობა - მატერიის კვანტური მდგომარეობა (მატერიის მეხუთე მდგომარეობა),
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
რომელიც ვლინდება მხოლოდ გარკვეული კრიტიკული ტემპერატურის ქვევით.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
სხვათაშორის, ეს საკმაოდ ცნობილი ფენომენია;
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
ის პირველად 100 წლის წინ აღმოაჩინეს
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
მაგრამ მხოლოდ ახლახან,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
მაღალი ტექნოლოგიების განვითარების შედეგად,
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
ჩვენ შეგვიძლია გაჩვენოთ თქვენ
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
კვანტური ლევიტაციისა და კვანტური საკეტის ეფექტი.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
ამგვარად, ზეგამტარი განისაზღვრება ორი თვისებით:
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
პირველი: ნულოვანი წინაღობა ელექტრულ ველში,
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
მეორე: მაგნიტური ველის გამოდევნა (მაგნიტური ველი ვერ შედის მასში)
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
რთულად ჟღერს, მართლა?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
მაგრამ რა არის ელექტრული წინაღობა?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
ელექტრული დენი - ეს არის ელექტრონების ნაკადი მატერიალის შიგნით.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
ეს ელექტრონები, სანამ მოძრაობენ,
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
ეჯახებიან ატომებს და ამ დაჯახებების დროს
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
იკარგება ენერგიის გარკვეული რაოდენობა.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
ელექტრონები ამ ენერგიას სითბოს სახით ავრცელებენ და თქვენ ყველამ იცით ეს ეფექტი.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
მიუხედავად ამისა, ზეგამტარის შიგნით ასეთი შეჯახებები არ არის,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
ამიტომაც ენერგია არ იკარგება.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
ეს შესანიშნავია, უბრალოდ დაფიქრდით ამაზე.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
კლასიკურ ფიზიკაში ყოველთვის არის ხახუნი, ანუ ენერგიის დანაკარგი.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
მაგრამ არა ჩვენს შემთხვევაში, კვანტური ეფექტისას.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
და ეს ყველაფერი არ არის: ზეგამტარებს არ უყვართ მაგნიტური ველი.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
აქედან გამომდინარე, ზეგამტარი შეეცდება გამოდევნოს მისგან მაგნიტური ველი,
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
ამას ის ელექტრული დენის ცირკულაციით გააკეთებს.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
და აი, ვღებულობთ ორი ეფექტის შერწყმას:
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
შეუღწევადობა მაგნიტური ველისათვის და ნულოვანი წინაღობა ელექტრულ ველში -
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
აი, რა არის ზეგამტარი.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
ჩვენ ასევე ვიცით, რომ იდეალური არაფერი გამოდის,
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
ზოგჯერ მაგნიტური ველის ხაზები ზეგამტარში რჩება.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
და შესაბამისი პირობების შემთხვევაში, რომელიც ჩვენ აქ გვაქვს,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
მაგნიტური ველის ეს ხაზები შეიძლება ზეგამტარის შიგნით ჩაიკეტოს.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
მაგნიტური ველის ეს "ძაფები" ზეგამტარის შიგნით
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
დისკრეტულია (ულუფებია)
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
რატომ? იმიტომ რომ ეს არის კვანტური ფენომენი, კვანტური ფიზიკა.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
და გამოდის, რომ მაგნიტური ველის ეს ხაზები იქცევიან, როგორც კვანტური ნაწილაკები.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
კლიპში ჩანს თუ როგორ მოძრაობენ ისინი ერთმანეთის მიყოლებით დისკრეტულად (ულუფებად)
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
ეს არის მაგნიტური ველის ხაზები. ეს არ არის ნაწილაკები,
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
მაგრამ ისინი ნაწილაკებივით იქცევიან.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
ზუსტად ამიტომაც ვუწოდებთ ჩვენ ამ ეფექტს კვანტური ლევიტაციასა და კვანტურ საკეტს.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
რა მოსდით ზეგამტარებს, როცა ჩვენ მათ მაგნიტურ ველში ვათავსებთ?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
პირველ რიგში, მაგნიტური ველის ძალწირები შიგნით "ზიან",
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
და ზეგამტარს არ უნდა რომ ისინი იქ მოძრაობდნენ,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
იმიტომ, რომ ასეთ მოძრაობას ენერგიის დაკარგვა მოყვება,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
რაც ზეგამტარობის მდგომარეობას არღვევს.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
და ზეგამტარი ბლოკავს ამ ძალწირებს,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
რომლებსაც ფლუქსონებს ვუწოდებთ, ანუ ამწყვდევს ფლუქსონებს ადგილზე.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
ამავდროულად ის საკუთარ თავსაც აფიქსირებს მუდმივ მდგომარეობაში.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
რატომ? იმიტომ რომ ზეგამტარის ნებისმიერი მოძრაობა
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
შეცვლის ხაზის მდებარეობას და კონფიგურაციას.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
ასე ჩვენ ვღებულობთ კვანტურ საკეტს. მოდით გაჩვენებთ თუ როგორ მუშაობს ეს.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
აი მე მაქვს ზეგამტარი, რომელიც მე აზოტში შევინახე, რომ არ გამთბარიყო.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
როცა მე მას ჩვეულებრივი მაგნიტის ზევით ვათავსებ,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
ის თითქოს ეკიდება ჰაერში.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(აპლოდისმენტები)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
ეს არა მხოლოდ ლევიტაციასს. ეს არა უბრალოდ განზიდვაა.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
მე შემიძლია ფლუქსონების პოზიციის შეცვლა და ის ისევ "ჩაიკეტება" ახალ მდგომარეობაში.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
აი ასე, ან ცოტა მარჯვნივ, ან მარცხნივ...
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
კვანტური საკეტი ეს არის ზეგამტარის ფიქსირება სამ განზომილებიან სივრცეში.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
რა თქმა უნდა მე შემიძლია ის გადმოვაბრუნო,
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
და ის დაფიქსირებული დარჩება.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
მხოლოდ ახლა გვესმის ჩვნ, რომ ეგრეთ წოდებული ლევიტაცია....
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
სინამდვილეში არის საკეტი.
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
თქვენ არ გაგიკვირდეთ, როცა გაიგებთ, რომ თუ მე ავიღებ ამ წრიულ მაგნიტს,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
სადაც მაგნიტური ველი ერთნაირია მთელს წრეზე,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
ეს საშუალებას მისცემს ზეგამტარს თავისუფლად იბრუნოს მაგნიტის ღერძის გარშემო.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
რატომ? იმიტომ, რომ სანამ ის ბრუნავს, საკეტი უცვლელი რჩება.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
ხედავთ? მე შემიძლია მისი მდებარეობის შეცვლა და თავიდან დატრიალება.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
ჩვენ გვაქვს მოძრაობა ხახუნის გარეშე. ის ლევიტირებს და თავისუფლად მოძრაობს თავის გარშემო.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
ჩვენ გვაქვს კვანტური საკეტი და ლევიტაცია ამ მაგნიტზე.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
რამდენი ფლუქსონია იქ, მაგნიტური ველის რამდენი ხაზია ერთი დისკის შიგნით?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
შეიძლება დავითვალოთ, და საკმარისად ბევრი გამოვა.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
მაგნიტური ველის ასი ტრილიონი "ძაფი" 7 სანტიმეტრიანი დისკის შიგნით.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
მაგრამ ეს არ არის ყველაზე საინტერესო, იმიტომ, რომ მე თქვენთვის ყველაფერი არ მიჩვენებია.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
ყველაზე საინტერესო ის არის, რომ ზეგამტარი, რომელსაც თქვენ ხედავთ ახლა,
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
სისქით ნახევარი მიკრონია მხოლოდ. ის ძალიან თხელია.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
და ეს ძალიან თხელი ფირფიტა უძლებს დატვირთვას, რომელიც 70 ათასჯერ უფრო დიდია საკუთარ მასაზე.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
ეს საკვირველი ეფექტია. ის ძალიან ძლიერია.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
მე შმიძლია წრიული მაგნიტის გადიდება,
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
და მისგან ნებისმიერი კონფიგურაცია შევქმნა.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
მაგალითად დიდი წრიული რკინიგზა.
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
და როცა ზეგამტარს მოვათავსებ ამ რელსზე,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
ის თავისუფლად იმოძრავებს.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(აპლოდისმენტები)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
და ეს ყველაფერი არ არის. მე შემიძლია მისი მდებარეობის შეცვლა და ისევ გაშვება წრეზე,
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
და ის ისევ დატრიალდება ახალი მდგომარეობით.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
მე შემიძლია ვცადო ახალი რამ. მოდით ვცადოთ. ეს პირველადაა.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
მე შემიძლია ავიღო დისკი და ჩამოვკიდო ის,
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
სანამ ის აქ არის ჩამოკიდული -- ნუ მოძრაობ --
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
შევეცდები რელსის გადაბრუნებას,
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
და იმედი მაქვს, თუ მე სწორად ვიქცევი,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
დისკი ჩამოკიდული დარჩება.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(აპლოდისმენტები)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
ხედავთ, ეს კვანტური საკეტია და არა ლევიტაცია.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
მოდით იბრუნოს კიდევ ცოტა ხანი,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
ხოლო მე მოგიყვებით ზეგამტარების შესახებ.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
ასე რომ... (სიცილი)
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
ჩვენ ახლა ვიცით, რომ შეგვიძლია ჩავკეტოთ ძალწირების დიდი რაოდენობა,
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
და ეს საშუალებას გვაძლევს ვაწარმოოთ ძლიერი მოგნიტური ველი,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
რომელიც საჭიროა მაგნიტურ-რეზონანსული აპარატურისათვის, ნაწილაკების ამაჩქარებლისათვის და ასე შემდეგ.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
ჩვენ შევძლებთ შევინახოთ ენერგია, ზეგამტარების საშუალებით,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
იმიტომ რომ არ იქნება ენერგიის დანაკარგი.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
შევძლებთ დავამზადოთ სუპერ მაღალვოლტაჟიანი კაბელები, რომლითაც გადაიცემა ელეტრული დენი.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
წარმოიდინეთ, რომ დაგჭირდებათ მხოლოდ ერთი ზეგამტარი კაბელი, რომ უზრუნველყოთ მთელი ელექტროსადგური.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
რა მომავალი აქვს კვანტურ ლევიტაციას და კვანტურ საკეტს?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
ნება მომეცით გიპასუხოთ მაგალითით.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
წარმოიდგინეთ, რომ არის თითქმის ასეთივე დისკი, როგორც მე მიჭირავს ხელში,
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
7 სანტიმეტრი დიამეტრში, მაგრამ ერთი განსხვავებით.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
ზეგამტარი ფირფიტის სისქე ნახევარი მიკრონის ნაცვლად
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
იყოს ორი მილიმეტრი, ანუ საკმარისად დიდი.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
ეს ორ-მილიმეტრიანი ზეგამტარი ფენა შეძლებს 1000 კილოგრამი დატვირთვის მიღებას ანუ პატარა ავტომობილს, რომლის ხელში დაჭერასაც შევძლებ.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
გასაოცარია. გმადლობთ.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(აპლოდისმენტები)
ABOUT THE SPEAKER
Boaz Almog - Quantum ResearcherBoaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation."
Why you should listen
In October 2011, Boaz Almog demonstrated how a superconducting disk can be trapped in a surrounding magnetic field to levitate above it, a phenomenon called “quantum levitation.” This demonstration, seemingly taken from a sci-fi movie, is the result of many years of R&D on high-quality superconductors. By using exceptional superconductors cooled in liquid nitrogen, Almog and his colleague Mishael Azoulay at the superconductivity group at Tel Aviv University (lead by Prof. Guy Deutscher) were able to demonstrate a quantum effect that, although well known to physicists worldwide, had never been seen and demonstrated in such a compelling way.
Experiment credits:
Prof. Guy Deutscher, Mishael Azoulay and Boaz Almog
High Tc Superconductivity Group
School of Physics and Astronomy
Tel Aviv University
Watch more footage from this demo >>
Boaz Almog | Speaker | TED.com